摘要
6005A为Al-Mg-Si系铝合金，具有密度低、强度高、耐腐蚀性强和易加工成形等优良的综合性能，是高速列车车体的主要轻质高强材料。激光-电弧复合焊接技术结合了单激光焊接和电弧焊接两种优势，具有焊接速度快、焊接变形小、焊缝质量高等优点，在高速列车铝合金车体的焊接中有广泛的应用前景。气孔缺陷是铝合金激光-电弧复合焊接常见问题，与激光焊接过程中匙孔稳定性密切相关。为此，本文提出脉冲激光-电弧复合焊接的方法，尝试利用激光束的脉冲振荡行为改善焊接过程稳定性，解决焊缝气孔问题，提升铝合金复合焊接头质量。 首先基于高速摄像机和NI电信号采集设备，对比研究了脉冲激光-电弧复合焊接与连续激光-电弧复合焊接两种方法下电信号参数、熔滴过渡和复合等离子体行为影响规律。结果表明，脉冲激光与电弧的交互作用明显弱于连续激光，脉冲激光复合后等离子体的膨胀现象减弱，扩散范围明显收缩，复合等离子体平均截面积减小。此外，相较于连续激光，脉冲激光模式下峰值电流较大，焊接电流的增加将显著提升电磁力Fem，促进熔滴过渡，减少焊接过程中“两脉一滴”的过渡现象。 进一步分析了脉冲激光参数对匙孔表面开合行为和匙孔内部动态行为的影响，揭示了脉冲激光抑制气孔缺陷机理。结果表明，连续激光匙孔的直径和深度都有较大的波动，且匙孔开口闭合次数较多；在脉冲激光模式下，适当的工艺参数能维持匙孔稳定开口状态，减少匙孔闭合次数，也能抑制匙孔深度波动，提高匙孔稳定性。气孔消除机制主要是以下两点：脉冲激光提升了匙孔稳定性，同时由于脉冲激光的特性，相邻周期内的新匙孔可以“切割”旧匙孔，使熔池内液态金属回填孔隙或气泡，减小了焊缝气孔率。 采用优化的脉冲激光参数（脉冲频率70Hz，占空比80%）与连续激光参数进行焊接试验。相比连续激光，此脉冲激光参数下铝合金焊缝表面成形良好、焊缝气孔率从3.96%减少到0.92%，焊缝熔深从3.77mm增大到4.38mm；电流电压变异系数、复合等离子体截面积变异系数、匙孔直径变异系数和匙孔深度变异系数均小于连续激光参数，说明此参数下的复合焊过程稳定性优于连续激光-MIG复合焊。在对接试验中，脉冲激光-MIG复合焊接头气孔率较小为0.42%，拉伸性能优异（接头系数为69%），此参数下得到的焊接接头综合力学性能最好。
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